淺談城市中水回用于火力發(fā)電廠

摘要：城市中水中有機(jī)物、氨氮等物質(zhì)含量較高，作為火力發(fā)電廠循環(huán)水，需對其進(jìn)行深度處理。中水深度處理采用石灰軟化處理，并通過澄清、過濾等工藝完成。采用城市中水做為循環(huán)水補(bǔ)水的循環(huán)水系統(tǒng)運行時需注意中水水質(zhì)問題給循環(huán)水系統(tǒng)帶來的影響，并合理使用殺菌、防腐等方法來減少中水對循環(huán)水系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞：中水回用 火力發(fā)電廠 預(yù)處理 防腐 阻垢

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與人口數(shù)量的增長，水資源的短缺和水環(huán)境的惡化日益明顯，水資源的短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活質(zhì)量提高的主要問題。在解決這一問題的過程中，水資源的回用已成為發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家所需要考慮的關(guān)鍵問題[1]。

火力發(fā)電廠一直在工業(yè)企業(yè)用水中占有較大的份額，水資源的短缺已經(jīng)越來越大的制約了火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展，如何節(jié)約用水，提高水資源的利用率已成為火力發(fā)電廠目前急需解決的問題。開發(fā)中水回用就成了解決這一問題的關(guān)鍵。在火力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)過程中，循環(huán)冷卻水消耗占火電廠總耗水量的60%～80％[2]，因此，將城鎮(zhèn)污水處理廠的二級處理水（中水）經(jīng)過深度處理后作為電廠循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，將會給電力企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時也會產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和社會效益。

1 中水回用于火力發(fā)電廠對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

1.1 中水的水質(zhì)特點 做為污水處理廠的排放水，中水中的有機(jī)物含量和氨氮含量遠(yuǎn)高于自然界水質(zhì)，且油類物質(zhì)、色度、 磷含量也較高。根據(jù)對一些城市中水取樣化驗，中水的含鹽量也比較高，尤其是一些輕化工比較發(fā)達(dá)的城市，工業(yè)廢水存在著直接排入城市排污管網(wǎng)的現(xiàn)象，致使城市污水的含鹽量更高。甚至，一些城市的污水處理廠排水根本達(dá)不到二級排放水標(biāo)準(zhǔn)，主要表現(xiàn)在化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮含量和色度值超標(biāo)。造成其數(shù)值超標(biāo)的原因很多，但主要原因有以下幾種：①設(shè)計處理能力偏低或進(jìn)水的有機(jī)物含量、氨氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計數(shù)值。②為了降低運行成本，曝氣等動力裝置沒有按要求正常運行。③北方城市冬季低溫抑制了細(xì)菌的生長；④設(shè)備運行不正常等。

1.2 中水回用對火力發(fā)電廠（循環(huán)冷卻水系統(tǒng)）的影響 由于中水的上述特點，其應(yīng)用于火力發(fā)電廠對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

1.2.1 腐蝕的多樣化：①氨氮發(fā)生亞硝化、硝化反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性腐蝕。②高有機(jī)物含量造成細(xì)菌大量繁殖后發(fā)生的生物腐蝕。③高含鹽量和氨氮含量造成的電化學(xué)腐蝕等。這些腐蝕都對循環(huán)水系統(tǒng)金屬材料和水泥構(gòu)件的使用壽命及安全性有著較大的影響。

1.2.2 設(shè)備及管道的結(jié)垢：①循環(huán)冷卻水補(bǔ)水中有機(jī)物含量高會促進(jìn)細(xì)菌和藻類的生長，并形成大量粘泥沉積于冷卻塔和換熱設(shè)備內(nèi)，造成系統(tǒng)堵塞和結(jié)垢。②較高的鈣、鎂離子在高堿度下可產(chǎn)生難以去除的碳酸鈣等硬垢，影響系統(tǒng)換熱效率。③懸浮物能促進(jìn)微生物繁殖，產(chǎn)生生物粘泥。④與碳酸鈣硬垢混合形成的泥垢沉積于換熱器表面，影響凝汽器的換熱效果。⑤部分懸浮物可成為鈣、鎂離子的誘發(fā)晶核，促進(jìn)結(jié)垢。

2 中水回用于火力發(fā)電廠水系統(tǒng)前的預(yù)處理

2.1 中水回用深度處理作用 城市污水處理廠的二級生物處理是生化處理，其主要功能是去除污水中的有機(jī)物、微生物和懸浮物，而對污水中的硬度、堿度、細(xì)菌和重金屬等均無法去除，城市污水處理廠二級處理控制的生化指標(biāo)只滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，電廠使用城市污水處理廠二級處理后的污水還必須進(jìn)行深度處理。其目的是：①進(jìn)一步去除殘余的懸浮物和膠體。②進(jìn)一步去除二級生化處理后殘留的有機(jī)物。③去除無機(jī)鹽類(如氮、磷、重金屬等)及微生物難以降解的有機(jī)物。④去除色素。⑤殺滅細(xì)菌及病毒等。

2.2 中水回用深度處理工藝 石灰軟化處理系統(tǒng)作為電廠循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水處理早在20世紀(jì)50年代就有應(yīng)用的實例。盡管石灰軟化處理具有運行費用低、不污染自然水體等優(yōu)點，但由于當(dāng)時塊狀石灰純度低(40%~60%)，存在排污量大，石灰運輸、裝卸、制乳過程灰塵大， 勞動條件差等問題，使其不受運行人員的歡迎。隨著科技的發(fā)展，以及石灰處理系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，經(jīng)過近20年的努力，石灰處理系統(tǒng)又重新被廣泛使用。用石灰對城市污水進(jìn)行深度處理，可將大腸桿菌去除99%以上，也可去除污水中部分鈣、鎂、硅、氟，以及有機(jī)物和重金屬等[3]。

2.2.1 石灰凝聚澄清處理。石灰處理法是將石灰乳加入水中，與水中的碳酸鹽硬度發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀物，以降低水中的硬度和堿度。

2.2.2 過濾作用。混凝澄清池之后設(shè)置過濾裝置，目前常用的過濾裝置為變孔隙濾池。

3 氨氮的脫除

3.1 氨氮的危害 在城市污水特別是經(jīng)二級處理后的污水中，90%以上的氮是以氨的形式存在。工業(yè)用水中氨氮的主要危害如下：①在給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理時需增大氯的使用量；②對某些金屬，特別是銅，具有腐蝕性，所以在再生水回用于循環(huán)冷卻水時，需考慮冷卻設(shè)備的腐蝕損害問題；③再生水回用時，水中的氨氮會加速輸水管道和用水設(shè)備中微生物繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設(shè)備，同時影響設(shè)備換熱效率。

3.2 氨氮的處理 氨氮的去除主要是通過曝氣生化處理完成，為了防止氨氮硝化反應(yīng)帶來的腐蝕，目前新建電廠的中水處理系統(tǒng)大都在澄清器前設(shè)計氨氮曝氣處理裝置（一些電廠因中水油脂類物質(zhì)含量高還設(shè)置了除油裝置）。

4 電廠在使用中水過程中應(yīng)該注意的幾個問題

經(jīng)過預(yù)處理的城市中水，雖然在各種物質(zhì)含量上已經(jīng)大大減少，但作為發(fā)電廠循環(huán)水補(bǔ)水依舊存在很多的缺點，因此采用中水作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水的發(fā)電廠在循環(huán)水處理問題上仍要有足夠的重視。中水回用電廠的循環(huán)水處理所面臨的主要問題就是防垢、防蝕及殺菌。

4.1 中水回用阻垢工藝 我國北方地區(qū)發(fā)電廠的循環(huán)水濃縮倍率一般控制在3.5以上，而采用中水作為循環(huán)水補(bǔ)水的發(fā)電廠其循環(huán)水濃縮倍率一般在3.0左右，甚至更低。為了穩(wěn)定水質(zhì)并有效的提高濃縮倍率，循環(huán)水阻垢的主要方法有以下幾種：①加硫酸調(diào)pH值+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。②石灰處理+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。③弱酸離子交換處理+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。

4.2 中水回用防蝕措施

4.2.1 凝汽器管材的腐蝕與防護(hù)。中水經(jīng)石灰軟化處理后具有較強(qiáng)的腐蝕性，銅合金管材在中水中會受到嚴(yán)重腐蝕，因此采用中水回用的發(fā)電廠凝汽器水室一般采用不銹鋼管材。不銹鋼管材的材料類型可以通過電化學(xué)試驗進(jìn)行選擇，即采用經(jīng)過石灰軟化處理的中水加藥（阻垢劑）濃縮到設(shè)計要求的濃縮倍率后，取濃縮水進(jìn)行不銹鋼管材的選材試驗。

4.2.2 循環(huán)水管道的腐蝕與防護(hù)。從目前已投產(chǎn)的中水回用發(fā)電廠運行情況來看，循環(huán)水碳鋼管道（或水泥管道）的腐蝕現(xiàn)象十分明顯，分析其原因主要有以下幾點：①濃縮后的中水含鹽量較高，腐蝕性較強(qiáng)；②采用中水回用的發(fā)電廠循環(huán)水中有機(jī)物含量較高，適合細(xì)菌繁殖，細(xì)菌繁殖所形成的腐蝕性離子加速了管道的腐蝕；③氨氮硝化反應(yīng)生成的硝酸和亞硝酸導(dǎo)致循環(huán)水pH值下降，使腐蝕現(xiàn)象加劇。

4.2.3 冷卻塔水泥構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)。中水回用發(fā)電廠冷卻塔水泥構(gòu)件的腐蝕主要與氨氮在冷卻塔內(nèi)發(fā)生的硝化反應(yīng)有關(guān)。中水石灰軟化處理后循環(huán)水中HCO-3的含量被大量消耗，導(dǎo)致循環(huán)水對氨氮硝化反應(yīng)所生成的硝酸和亞硝酸的緩沖作用下降，導(dǎo)致循環(huán)水pH值持續(xù)下降，從而造成對冷卻塔水泥構(gòu)件的腐蝕。

4.2.4 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)?，F(xiàn)階段，火力發(fā)電廠的工業(yè)冷卻水大多數(shù)都是采用循環(huán)水。當(dāng)循環(huán)水補(bǔ)水為中水時，工業(yè)冷卻水系統(tǒng)腐蝕防護(hù)主要體現(xiàn)在工業(yè)冷卻水管道和冷卻器（如油冷器、空冷器等）兩部分。工業(yè)冷卻水管道由于管徑較細(xì)防腐施工難度較大，因此建議采用預(yù)制成型的襯膠或襯塑管道。工業(yè)冷卻器由于無法膠球擦洗系統(tǒng)，且因制造原因無法選擇與凝汽器質(zhì)地相同的管材，因此系統(tǒng)腐蝕事故的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于凝汽器等不銹鋼材質(zhì)設(shè)備。

4.3 中水回用電廠的殺菌工藝選擇 城市中水的水質(zhì)特點決定了循環(huán)水系統(tǒng)中細(xì)菌滋生情況比自然水體中要嚴(yán)重的多，因此選擇合適的殺菌工藝、加強(qiáng)循環(huán)水的殺菌處理對于采用中水作為循環(huán)水補(bǔ)水的火力發(fā)電廠尤為重要。

5 結(jié)論

目前，中水回用于發(fā)電廠循環(huán)補(bǔ)水項目已經(jīng)在國內(nèi)逐漸推廣開來，并且取得了一定的效果，同時也暴露出許多的問題。中水回用仍然是一項長期而艱巨的工作，一方面需要在現(xiàn)有中水回用理論基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善和創(chuàng)新，更好的解決現(xiàn)有的問題，并發(fā)展新的中水回用技術(shù)，為電力行業(yè)用戶安全放心使用城市中水創(chuàng)造更好的技術(shù)條件；另一方面，要協(xié)調(diào)好污水處理廠、電廠、政府相關(guān)部門之間的利益關(guān)系，做到資源的合理分配和利用，充分發(fā)揮中水回用的綜合經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡銀志，唐楚丁.中水回用技術(shù)及其前景[J].工業(yè)安全與環(huán)保， 2006.33(6):16-18.

[2]顧宇桂，朱發(fā)根，單葆國.近期電煤供需偏緊的原因分析[J]. 能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2010，22(3):5-9.

[3]趙毅，王曉攀.中水用于電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的可行性分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2005，23(3):89-94.